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空调通风管道颗粒物沉降规律数值模拟研究

作　者: 张灿凤
导　师: 袁树杰
学　校: 安徽理工大学
专　业: 安全技术及工程
关键词: 气固两相流颗粒沉降空调通风管道数值模拟
分类号: TU834
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 35次
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内容摘要

空气中颗粒物本身的毒害性和其对有害物质的运载性,使得它成为危害人体健康的一类重要污染物。特别是大量城市出现的持续性雾霾天气,再次引起了人们对颗粒污染的关注。而作为对现代人工作、生活环境有直接、重大影响的集中空调通风系统,颗粒物在其中的污染、沉降规律更应该引起人们的重视。本文对颗粒物在空调通风管道内的沉降规律进行数值模拟研究,可以了解在各式通风管道构件中含尘气流的流动规律和颗粒的沉积规律,工程设计人员可以合理参考和实际运用模拟结果来采取相应的处理控制措施,这对减少管道积尘、维持管道清洁及保障室内人员健康安全有着重要意义。本文首先概括了空调通风系统内颗粒物污染治理以及颗粒物运动规律的研究现状,理论分析了空调系统中颗粒物的种类、特性,颗粒物污染的严重程度及对人体健康的影响。在对风管中颗粒物进行受力分析和对影响颗粒物沉积的因素进行分析之后,采用雷诺应力模型(RSM)和离散相模型(DPM),用数值模拟的方法对空调管道系统颗粒物的沉降规律进行了研究,分析了圆形直管和方形直管内的空气流场以及颗粒沉降规律,另外重点探讨了颗粒粒径、送风速度和弯头弯曲比等对颗粒物在通风管道弯头段的浓度分布、沉积情况的影响。对直管内的模拟结果显示：当粒子粒径为1-10μm时,颗粒主要受湍流扩散的影响,相同风速条件下,方形风管比圆形风管的沉积率高；当颗粒粒径较大时,颗粒受重力的影响增大,粒径越大沉积得越快,方形风管和圆形风管内沉积率差异逐渐减小。对弯头内的模拟结果显示：随粒径的增大,沉积率增大,颗粒物沉积分布向弯头外侧偏移,弯头内侧颗粒浓度很小,甚至出现了无粒子区；在颗粒粒径为20μm时,随风速的增加,管道内颗粒分布越均匀,颗粒向底面的沉积速率越小,但是管道上壁面和弯头外壁面的沉积增多；随弯头弯曲比的增大,沉积率有所增加,并且弯头曲率对大粒径颗粒的沉积率有更大的影响。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-14
1 绪论  14-24
  1.1 研究背景  14-15
  1.2 国内外研究现状  15-21
    1.2.1 空调通风系统对室内空气品质的影响  15-17
    1.2.2 空调通风系统内的主要污染物  17-18
    1.2.3 空调通风管道内污染治理研究现状  18-20
    1.2.4 通风管道内颗粒物运动规律研究现状  20-21
  1.3 研究的目标和意义  21-22
  1.4 研究内容  22-24
2 空调通风管道颗粒物污染的理论分析  24-38
  2.1 空调系统的颗粒物污染  24-31
    2.1.1 颗粒污染物来源、特性及分类  24-26
    2.1.2 空调系统颗粒物污染的影响  26-29
    2.1.3 空调系统颗粒物污染现状及原因分析  29-31
  2.2 空调通风管道内颗粒物受力分析  31-35
    2.2.1 重力  32
    2.2.2 拖拽力  32-33
    2.2.3 浮力  33
    2.2.4 扩散力  33-34
    2.2.5 其他力  34-35
  2.3 空调通风管道内颗粒物沉积的影响因素分析  35-37
    2.3.1 粒径的影响  36
    2.3.2 风速的影响  36
    2.3.3 管道特性  36-37
    2.3.4 其他的影响  37
  2.4 本章小结  37-38
3 流场数值模拟理论与模型  38-52
  3.1 气固两相流理论  38-39
  3.2 气相流场的数学模型  39-44
  3.3 颗粒相运输模型  44-46
  3.4 边界条件  46-47
    3.4.1 气相流场边界条件  46-47
    3.4.2 离散相边界条件  47
  3.5 模型的验证  47-48
  3.6 模拟参数选取  48-51
    3.6.1 风管尺寸选取  48-49
    3.6.2 颗粒粒径选取  49
    3.6.3 模拟风速选取  49-50
    3.6.4 具体模拟方案  50-51
  3.7 本章小结  51-52
4 模拟结果分析  52-78
  4.1 直管内颗粒运移  52-58
    4.1.1 物理模型及网格划分  52-53
    4.1.2 空气流场分析  53-55
    4.1.3 颗粒运动分布情况  55-58
  4.2 弯头内颗粒运移  58-78
    4.2.1 物理模型及网格划分  59-60
    4.2.2 空气流场分析  60-63
    4.2.3 颗粒沉降规律  63-78
5 结论与展望  78-80
  5.1 结论  78-79
  5.2 展望  79-80
参考文献  80-84
附录A  84-88
致谢  88-89
作者简介及读研期间主要科研成果  89

空调通风管道颗粒物沉降规律数值模拟研究

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